塔腳板承載力計算在新舊規范中的對比分析

陳山山

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

輸電鐵塔塔腳板是鐵塔結構中的重要節點，其作用是將鐵塔主材及斜材軸力傳遞給基礎，使鐵塔與基礎能有效的連接起來，確保上部結構承受各種外力作用，起到承上啟下的關鍵作用，對鐵塔運行的安全可靠至關重要。2021年2月1日起《架空輸電線路桿塔結構設計技術規程》(DL/T 5486—2020)(簡稱新規范)正式實施，取代舊規范《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》(DL/T 5154—2012)。經過計算對比分析，新舊規范對四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計算方法有較大區別。本文通過對新舊規范關于四地腳螺栓靴板式塔腳板的抗拉承載力計算結果進行對比分析，為新規范在未來工程設計中的應用提供參考。

1 新舊規范塔腳板計算公式對比

《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》四地腳螺栓塔腳板計算公式如下[1](計算模型見圖1)：

式中，T為底板上作用的拉力;B為塔腳板寬度；Yi為第i個區隔地腳螺栓中心至主角鋼的距離，bi為第i個區隔的寬度。

圖1 舊規范四地腳螺栓塔腳板計算模型

舊規范對于四地腳螺栓受拉塔腳板計算方法的前提是將地腳螺栓作用于底板的拉力等效為作用于整個底板的均布力，這與實際塔腳板受力情況存在差異。另外，舊規范忽略了靴板端部加勁板的加強作用，將所有區隔均假定為理想的兩邊固支、兩邊自由的受彎薄板，這也使得設計結果偏于保守。從工程實踐來看，無論是安全運行的鐵塔，還是事故倒塔的鐵塔，或是真型試驗最終破壞的鐵塔，到目前為止還沒有發現因塔腳板強度不足而引起破壞的實例。

《架空輸電線路桿塔結構設計技術規程》基于結構極限分析理論、按照邊緣屈服準則對四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計算公式進行了優化，認為對角區隔Ⅰ和區隔Ⅱ(見圖2)為塔腳板受力條件最不利區隔，塔腳坂厚度取區隔Ⅰ和區隔Ⅱ計算結果的大值，并按下列公式進行計算[2]：

t=max(t1，t2)

對于區隔Ⅰ：

對于區隔Ⅱ：

式中，T為底板上作用的拉力；y1為區隔Ⅰ地腳螺栓中心至靴板的距離；b1為區隔Ⅰ的寬度；L為區隔Ⅰ的加勁板長度，規范要求L不小于螺栓中心至靴板的距離；y2為區隔Ⅱ地腳螺栓中心至主角鋼的距離；b2為區隔Ⅱ的寬度。

圖2 新規范四地腳螺栓靴板有加勁塔腳板計算模型

通過對比計算模型及公式，新舊規范都是將塔腳板分為4個區隔，強度由受力最不利的區隔控制；塔腳板厚度根據塔腳板所受彎矩計算受彎應力所得，兩規范都符合鋼結構“強節點、弱構件”的設計原則[3]。不同點在于舊規范中塔腳板厚度受主材相鄰區隔尺寸影響，認為塔腳板厚度僅由主材所在區隔尺寸來控制；且不考慮加勁板對塔腳板承載力的加強作用，加勁板不參與計算，制圖時加勁板尺寸及規格僅根據設計人員常規經驗進行布置。而新規范中認為塔腳板厚度受主材對角區隔尺寸影響，新規中對于工程中常用的靴板式有加勁塔腳板的計算考慮了加勁板的加強作用；且對加勁板的構造給出了具體要求，即加勁板的長高比為0.5～1.0，厚度取靴板厚度的0.6～0.7倍。同時，新規認為靴板式塔腳板受壓時，由于靴板及加勁板的豎向剛度較大而底板的豎向剛度相對較小，底板和基礎間的底板和基礎間的壓力并非均勻分布，而是主要分布在靴板和加勁板附近；因此底板承受的彎矩相對較小，受壓工況一般不控制底板的厚度；故新規并不考慮靴板式塔腳板的受壓計算。

2 新舊規范塔腳板計算結果對比

現將不同規格地腳螺栓對應的塔腳板構造尺寸及厚度計算結果示于表1(見表1)。塔腳板構造尺寸按照《輸電線路桿塔制圖和構造規定》(DL/T 5442—2020)[4]取值。根據表1計算結果，在相同拉力條件下，新規塔腳板計算厚度較舊規范有所減小，減小值約在2～5 mm之間；且塔腳板所受拉力越大，新舊規范計算結果差異越大。可見考慮了加勁板的有利作用后，新規塔腳板厚度計算結果更加經濟合理。

表1 新舊規范塔腳板厚度計算對比

3 新舊規范塔腳板計算公式優劣對比

對于靴板式有加勁塔腳板計算公式，雖然舊規范相對較為保守[5]，但因加勁板不參與計算，僅作為塔腳板構造的加強措施，制圖時加勁板尺寸可按照設計經驗靈活取值。這種處理方法非常簡便，不僅能保證工程安全，還大大減少了設計人員的計算工作。

但對于新規范計算公式，因山地塔為適應地形需要須做長短腿設計，這就導致不同接腿斜材與塔腳板平面夾角不同，受該夾角構造影響，進而引起同一塔型下不同接腿的塔腳加勁板尺寸不同；即接腿越短，加勁板尺寸越小。這對于根開較小的直線塔影響尤為明顯，部分加勁板需做成傾斜處理才能滿足構造要求(見圖3)；但這與規范給出的計算模型圖示又有出入，且加勁板傾斜處理后，其對塔腳板是否有足夠的加強作用不得而知，這時規范公式的適用性又需進一步考慮。若根據不同接腿計算不同的塔腳坂，因每個塔型長短腿合計有數十個之多，這不僅會大大增加設計人員的計算工作量，也不符合鐵塔通用設計理念。

圖3 傾斜式加勁板示意

4 結 論

通過對新舊規范關于四地腳螺栓靴板式塔腳板公式的對比分析，確定了新規范實施后對塔腳板計算結果的定性影響，明確了新舊規范對塔腳板厚度計算結果的差異，并對新舊規范公式的優劣進行了對比。

(1) 新舊規范都是將塔腳板分為4個區隔，強度由受力最不利的區隔控制，塔腳板厚度根據塔腳板所受彎矩計算受彎應力所得，兩規范都符合鋼結構“強節點、弱構件”的設計原則。

(2) 在考慮了加勁板的有利作用后，新規范塔腳板計算厚度較小，新規范較舊規范計算結果更加經濟合理。

(3) 新規范未給出傾斜式加勁板的計算方法及處理原則，對長短腿塔腳板的計算缺乏通用性，新規范的實施會增加設計人員的計算工程量。